JP2004177775A - Liquid crystal display panel and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal display panel wherein formation of an alignment layer is not needed, appearance of a white line is suppressed and display quality is excellent and to provide a manufacturing method thereof. <P>SOLUTION: A liquid crystal 30 having a nematic phase at normal temperature and having negative dielectric anisotropy is encapsulated between a TFT substrate 10 having no alignment layer formed thereon and a counter substrate 20. An acrylate monomer, for example, is previously added to the liquid crystal 30 as an alignment controlling agent. The alignment controlling agent added to the liquid crystal 30 adheres to and grows on the surface of the substrates 10 and 20. The alignment controlling agent is polymerized by being irradiated with UV after that to form alignment regulating layers 19 and 25 on the surfaces of the substrates 10 and 20, respectively. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対の基板間に配向制御剤を混合した液晶を封入し、その後配向制御剤を基板の表面に付着させて配向規制層を形成した垂直配向型液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示パネルは薄くて軽量であるとともに低電圧で駆動できて消費電力が少ないという長所があり、各種電子機器に広く使用されている。
【０００３】
テレビやパーソナルコンピュータに使用される一般的な液晶表示パネルは、相互に対向して配置された２枚の透明基板の間に液晶を封入した構造を有している。一方の基板には画素毎に画素電極及びＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）が形成され、他方の基板には画素電極に対向するカラーフィルタと、各画素共通のコモン電極とが形成されている。更に、各透明基板の対向面と反対側の面には、それぞれ偏光板が貼り付けられている。
【０００４】
このように構成された液晶表示装置において、画素電極とコモン電極との間に電圧を印加すると、画素電極とコモン電極との間の液晶分子の向きが変化し、その結果光の透過率が変化する。画素毎に光の透過率を制御することにより、液晶表示パネルに所望の画像を表示することができる。以下、画素電極及びＴＦＴが形成された基板をＴＦＴ基板と呼び、ＴＦＴ基板に対向して配置される基板を対向基板と呼ぶ。
【０００５】
ＴＦＴ基板と対向基板との間隔（セルギャップ）は、通常、樹脂又はセラミック等からなる球形のビーズ状スペーサにより一定に維持される。このビーズ状スペーサは、ＴＦＴ基板と対向基板とをシール剤で接合する際に、ＴＦＴ基板及び対向基板のいずれか一方の基板上に散布される。
【０００６】
しかしながら、基板上にビーズ状スペーサを散布する方法では、基板全体にわたってスペーサが均一に分布するとは限らない。基板全体にわたってスペーサが均一に分布していない場合は、セルギャップの面内ばらつきが発生し、表示品質の低下の原因となる。また、液晶分子はスペーサの表面に沿って配向する性質があるので、画素領域内にビーズ状スペーサが存在すると、配向異常が発生して表示品質が低下する。
【０００７】
そこで、特開平９−７３０９３号公報（特許文献１）には、フォトレジストを使用して、画素の間（例えば、データバスラインとゲートバスラインとが交差する部分）に柱状のスペーサを形成することが提案されている。また、特開平１１−１６０７１６号公報（特許文献２）には、ビーズ状スペーサの表面に配向処理を施すことが提案されている。
【０００８】
ところで、通常、ＴＦＴ基板の表面及び対向基板の表面には配向処理が施された配向膜が形成されており、この配向膜によって、電界が印加されていないときの液晶分子の配向方向が決められる。配向処理としては、ナイロンの布等を巻き付けたローラにより配向膜の表面を一方向に擦るラビング処理が一般的である。
【０００９】
ラビング処理が不要な液晶表示パネルの製造方法として、ポリマースラビライズアライメント法が知られている。この方法では、一対の基板間にモノマーを混合した液晶を封入する。そして、電極間に電圧を印加して液晶分子を配向させた状態で紫外線を照射してモノマーを高分子化し、液晶内に高分子のネットワークを形成する。この高分子のネットワークにより、液晶分子の初期配向の方向が決定される。
【００１０】
また、特開２０００−３２１５６２号公報（特許文献３）には、シランカップリング剤、光重合性モノマー及び光重合開始剤を負の誘電率異方性液晶に混合し、この液晶を所定の温度で一定の方向から一対の基板間に注入して原料分子を一定の方向に配向させた後、紫外線を照射して光重合モノマーを高分子化し、高分子のネットワークを形成することが記載されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開平９−７３０９３号公報
【特許文献２】
特開平１１−１６０７１６号公報
【特許文献３】
特開２０００−３２１５６２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする問題点】
上述したように、従来はＴＦＴ基板及び対向基板の表面に配向膜を形成している。ポリマースタビライズアライメント法や特開２０００−３２１５６２号公報に記載された方法においても、配向処理は不要であるものの配向膜は必要である。
【００１３】
これに対し、本願出願人は、配向膜の形成工程を有しない液晶表示パネルの製造方法を提案している（特願２００２−１６００６２号等）。この方法では、液晶中に高分子のネットワークを形成するのではなく、基板の表面上に配向規制力を有する層（配向規制層）を形成する。例えば、一対の基板間に二官能アクリレートモノマーと光重合開始剤とを混合した液晶を封入すると、アクリレートモノマーが基板の表面（ＩＴＯ膜又は絶縁膜の表面）に付着して成長する。その後、紫外線を照射するとモノマーが高分子化するとともに基板表面に化学結合して、安定な配向規制層が形成される。この配向規制層はモノマーの成長方向、即ち基板面に対し垂直な方向に液晶分子を配向させる規制力を有する。
【００１４】
しかし、上記の方法で製造した液晶表示パネルの上下に偏光板をクロスニコルに配置して観察すると、本来パネル全体が黒くならなければならないのに対し、白く光る折れ線が観察されることがある。以下、このように白く光る折れ線を「白線」と呼ぶ。白線の長さ及び太さは一定ではなく、白線の発生により表示品質が著しく低下する。
【００１５】
以上から、本発明の目的は、配向膜を形成する必要がなく、且つ、白線の発生を抑制し、表示品質が優れた液晶表示パネル及びその製造方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、一対の基板間に配向制御剤を添加した液晶を封入し、前記一対の基板の液晶側の面にそれぞれ配向規制層を形成した液晶表示パネルであって、前記液晶が、常温においてネマチック相を示し、誘電率異方性が負であることを特徴とする液晶表示パネルにより解決する。
【００１７】
上記した課題は、常温においてネマチック相を示し、誘電率異方性が負である液晶を用意する工程と、前記液晶中に配向制御剤を添加する工程と、少なくとも一方が透明である一対の基板間に前記配向制御剤を添加した液晶を封入する工程と、前記配向制御剤を前記一対の基板の液晶側の面にそれぞれ付着させて配向規制層を形成する工程とを有することを特徴とする液晶表示パネルの製造方法により解決する。
【００１８】
上記した課題は、一対の基板間に配向制御剤を添加した液晶を封入し、前記一対の基板の液晶側の面にそれぞれ配向規制層を形成した液晶表示パネルであって、画素間の領域に、前記一対の基板の間隔を一定に維持する柱状スペーサが配置されていることを特徴とする液晶表示パネルにより解決する。
【００１９】
上記した課題は、フォトレジストを使用し、露光及び現像処理を施して、一対の基板の少なくとも一方の画素間の領域に柱状のスペーサを形成する工程と、配向制御剤が添加された液晶を用意する工程と、前記柱状スペーサを挟んで前記一対の基板を配置し、前記一対の基板間に前記配向制御剤が添加された液晶を封入する工程と、前記配向制御剤を前記一対の基板の液晶側の面にそれぞれ付着させて配向規制層を形成する工程とを有することを特徴とする液晶表示パネルの製造方法により解決する。
【００２０】
本願発明者等は、液晶に添加した配向制御剤により配向規制層を形成した液晶表示装置の白線による欠陥を防止するために種々実験検討を行った。その結果、例えば誘電率異方性Δεが−３程度の液晶を使用した場合に、白線の発生が著しく低減することが判明した。また、白線はスペーサを起点として発生することが多いことが判明し、スペーサの位置を適切に制御することにより、白線による表示品質の低下が回避できることが判明した。
【００２１】
従って、本願発明では、上述の如く、液晶として、常温においてネマチック相を示し、誘電率異方性が負である液晶を使用する。また、本願他の発明では、例えばフォトレジストを使用して、画素間の表示に関係しない領域に柱状スペーサを形成する。これにより、白線による表示品質の低下を回避することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について更に詳細に説明する。
【００２３】
本願発明者等は、白線が発生した液晶表示パネルを詳細に観察した結果、白線が屈曲している部分には黒い円状の点が存在していることが判明した。以下、この黒い点を「黒点」という。黒点についても、その大きさ及び形状は一定ではない。黒点は、その外周が白く光る線を伴っている。そして、白線は、黒点と黒点とを結ぶように存在している。また、白線を伴わなず、単独で存在する黒点も観察された。
【００２４】
上述した白線及び黒点は、クロスニコルに配置した一対の偏光板で挟んだ液晶表示パネルにおいて観察されるものであるが、偏光を伴わない顕微鏡観察においても欠陥部分を観察することができる。この場合、白線は正常な部分とは異なる線として観察され、黒点は円形の点として観察される。なお、黒点は、偏光板がない状態で観察したほうが容易に観察できる。
【００２５】
液晶表示パネルにしきい値電圧よりも大きな電圧を印加すると、白線及び黒点の周囲の液晶分子も電界に対し垂直な方向に配向して、白線は消失する。しかし、電極間に印加した電圧をオフとすると、白線が消失したままのときもあるが、白線が元に戻ったり、異なる黒点と接続される白線が発生することもある。一方、黒点は、電圧の印加に関係なく形状は変化しない。これらのことから、黒点は液晶に混合した配向制御剤が局所的に固まって析出したもの（以下、「異常析出物」という）であると考えられ、白線は異常析出物に対し液晶分子が配向したために発生するものと考えられる。
【００２６】
従って、異常析出物の有無に拘わらず、電圧がオフのときに液晶分子が基板面に対し垂直方向に配向させることができれば、白線の発生が防止されて表示品質が向上する。
【００２７】
また、白線及び黒点が発生した液晶表示パネルを観察の結果、黒点には基板間の間隔を一定に維持するためのスペーサが存在することが多い、つまり、図１に示すように、異常析出物による黒点２は、主にスペーサ１を核として配向制御剤が析出することにより発生すると考えられる。また、図２に示すように、白線３は、このようにして発生した黒点２の間を接続するように発生する。従って、スペーサを表示品質に関係しない画素間の領域に形成すれば、黒点及び白線が主に画素間の領域に発生するようになり、表示品質の低下が回避される。
【００２８】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。なお、本実施の形態は、黒点の有無に拘わらず、一対の電極間に印加される電圧がオフのときに液晶分子を基板面に対し垂直に配向させることにより、白線の発生を防止するものである。
【００２９】
（液晶表示パネル）
図３は第１の実施の形態の液晶表示パネルの１画素を示す平面図、図４は図３のＩ−Ｉ線による断面図である。なお、本実施の形態は、本発明を透過型液晶表示パネルに適用した例について説明している。
【００３０】
本実施の形態の液晶表示パネルは、図４に示すように、相互に対向して配置されたＴＦＴ基板１０及び対向基板２０と、これらのＴＦＴ基板１０及び対向基板２０の間に封入された誘電率異方性が負のネマチック液晶３０とにより構成されている。なお、ＴＦＴ基板１０の下及び対向基板２０の上にはそれぞれ偏光板が配置される。また、ＴＦＴ基板１０の下方には、光源（バックライト）が配置される。
【００３１】
ＴＦＴ基板１０は、図３，図４に示すように、ガラス基板１１と、ガラス基板１１上に形成されたゲートバスライン１２、データバスライン１４、ＴＦＴ１５及び画素電極１８等により構成されている。ゲートバスライン１２は水平方向に延在しており、データバスライン１４は垂直方向に延在している。ゲートバスライン１２とデータバスライン１４との間にはゲート絶縁膜１３が形成されており、このゲート絶縁膜１３によりゲートバスライン１２とデータバスライン１４とは電気的に分離されている。これらのゲートバスライン１２及びデータバスライン１４により区画される領域がそれぞれ画素（サブピクセル）領域である。データバスライン１４及びＴＦＴ１５の上には絶縁膜１７が形成されており、この絶縁膜１７の上に画素電極１８が形成されている。画素電極１８及びＴＦＴ１５は、各画素領域に１個づつ形成されている。
【００３２】
本実施の形態では、図３に示すように、ゲートバスライン１２の一部がＴＦＴ１５のゲート電極となっており、チャネル保護膜１６の幅方向の両側にはそれぞれＴＦＴ１５のソース電極１５ｓ及びドレイン電極１５ｄが配置されている。ソース電極１５ｓは絶縁膜１７に形成されたコンタクトホール１７ａを介して画素電極１８に電気的に接続され、ドレイン電極１５ｄはデータバスライン１４に電気的に接続されている。また、画素電極１８の上には配向規制層１９が形成されている。
【００３３】
一方、対向基板２０は、ガラス基板２１と、このガラス基板２１の一方の面側（図４では下側）に形成されたブラックマトリクス２２、絶縁膜２３及びコモン電極２４とにより構成されている。ブラックマトリクス２２は、画素間の領域及びＴＦＴ形成領域を覆うように形成されている。また、絶縁膜２３は、ガラス基板２１の下側に、ブラックマトリクス２２を覆うようにして形成されている。絶縁膜２３の下にはコモン電極２４が形成されており、このコモン電極２４の下には配向規制層２５が形成されている。
【００３４】
また、ＴＦＴ基板１０と対向基板２０との間には、ＴＦＴ基板１０と対向基板２０との間隔を一定に維持するためのスペーサ（図示せず）が配置されている。
【００３５】
これらのＴＦＴ基板１０及び対向基板２０は、画素電極１８及びコモン電極２４が形成された面を相互に対向させて配置され、表示領域の外側に塗布されたシール剤（図示せず）により接合されている。
【００３６】
このように構成された液晶表示パネルにおいて、画像を表示する際には駆動回路（図示せず）から垂直方向に並ぶゲートバスライン１２に対し順番に走査信号を供給するとともに、データバスライン１４に表示信号を供給する。走査信号が供給されたゲートバスライン１２に接続しているＴＦＴ１５はオン状態となり、画素電極１８にはＴＦＴ１５を介して表示信号が書き込まれる。これにより、画素電極１８とコモン電極２４との間に表示信号に応じた電界が発生して液晶分子の向きが変化し、その結果、画素を透過する光の光量が変化する。各画素毎に透過光の光量を制御することにより、液晶表示パネルに所望の画像を表示することができる。
【００３７】
なお、電極１８，２４の上にドメイン規制用の突起（土手）を形成したり、電極１８，２４にドメイン規制用のスリットを形成して、１画素内で液晶分子の配向方向が異なる複数の領域を設けたＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ）型液晶表示装置としてもよい。これにより、視野角特性を著しく向上させることができる。
【００３８】
（液晶表示パネルの製造方法）
以下、本発明の実施の形態の液晶表示パネルの製造方法について説明する。
【００３９】
まず、図３，図４に示すようなＴＦＴ基板１０及び対向基板２０をそれぞれ製造する。但し、配向規制層１９，２５は液晶封入後に形成するので、ＴＦＴ基板１０の場合は画素電極１８まで形成すればよく、対向基板２０の場合はコモン電極２４まで形成すればよい。
【００４０】
ＴＦＴ基板１０の製造方法を簡単に説明する。まず、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ）法により、ガラス基板１１上に第１の金属膜を形成し、フォトリソグラフィ法により第１の金属膜をパターニングしてゲートバスライン１２を形成する。次に、ガラス基板１１の上側全面にゲート絶縁膜１３を形成し、その上にＴＦＴ１５の動作層となる第１のシリコン膜と、チャネル保護膜１６となるＳｉＮ膜とを形成する。その後、フォトリソグラフィ法によりＳｉＮ膜をパターニングして、ゲートバスライン１２の上方の所定の領域にチャネル保護膜１６を形成する。
【００４１】
次に、ガラス基板１１の上側全面に、オーミックコンタクト層となる不純物が高濃度に導入された第２のシリコン膜を形成し、続けて第２のシリコン膜の上に第２の金属膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ法により第２の金属膜、第２のシリコン膜及び第１のシリコン膜をパターニングして、ＴＦＴ１５の動作層となるシリコン膜の形状を確定するとともに、データバスライン１４、ソース電極１５ｓ及びドレイン電極１５ｄを形成する。
【００４２】
次いで、ガラス基板１１の上側全面に絶縁膜１７を形成し、この絶縁膜１７の所定の位置にコンタクトホール１７ａを形成する。その後、ガラス基板１１の上側全面にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透明導電体からなる膜を形成する。そして、この透明導電体の膜をパターニングすることにより、コンタクトホール１７ａを介しＴＦＴ１５のソース電極１５ｓに電気的に接続された画素電極１８を形成する。このようにして、ＴＦＴ基板１０が完成する。
【００４３】
以下、対向基板２０の製造方法について簡単に説明する。まず、ガラス基板２１の上にＣｒ等の金属膜を形成し、この金属膜をパターニングしてブラックマトリクス２２を形成する。その後、ガラス基板２１の上に絶縁膜２３を形成する。カラー型液晶表示パネルを製造する場合は、絶縁膜２３を赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の樹脂により形成し、各画素毎に赤色、緑色及び青色のうちのいずれか１色の絶縁膜２３を配置する。
【００４４】
次いで、絶縁膜２３の上に、ＩＴＯ等の透明導電体によりコモン電極２４を形成する。このようにして、対向基板２０が完成する。
【００４５】
次に、真空注入法又は滴下注入法により、ＴＦＴ基板１０と対向基板２０との間に液晶３０を封入する。真空注入法により基板１０，２０間に液晶３０を封入する場合は、ＴＦＴ基板１０及び対向基板２０のうちのいずれか一方（又は、両方）に、表示領域を囲むようにしてシール剤を塗布する。但し、液晶注入口となる部分にはシール剤を塗布しないでおく。その後、ＴＦＴ基板１０及び対向基板２０のいずれか一方の上にビーズ状スペーサを散布し、ＴＦＴ基板１０と対向基板２０との位置合わせを行って重ね合わせ、圧力を加えながら熱処理して、シール剤を硬化させる。以下、ＴＦＴ基板１０と対向基板２０とを接合してなる構造物（液晶封入前のパネル）を空パネルという。
【００４６】
次いで、液晶を入れた容器と空パネルとを真空チャンバ（図示せず）内に入れ、真空チャンバ内を排気して真空状態とする。その後、空パネルの液晶注入口を液晶中に入れて、真空チャンバ内を大気圧に戻す。そうすると、空パネルの内部空間の圧力と大気圧との差により液晶が空パネル内に進入し、パネルの内部空間に液晶が充填される。その後、液晶が充填されたパネルを２枚の平板で挟んで余分な液晶を押し出し、液晶注入口を封止樹脂で封止する。
【００４７】
液晶３０としては、誘電率異方性が負であり、常温でネマチック相を示すものを使用する。そして、この液晶中に配向制御剤と光重合剤とを混合する。この例では、配向制御剤として単官能アクリレートモノマーと二官能アクリレートモノマーとの混合物（混合比１５：１）を使用する。この場合、アクリレートモノマーの添加量は例えば液晶に対して２ｗｔ％とし、光重合開始剤の添加量はアクリレートモノマー混合物に対して約２ｗｔ％とする。
【００４８】
なお、配向制御剤としては上記のアクリレートモノマー混合物に限定するものではないが、液晶に添加して一対の基板間に封入したときに、画素電極及びコモン電極に物理的に吸着し、液晶分子に対し垂直配向性を示すものであることが必要である。また、本実施の形態において、アクリレートモノマーにはラウリルアクリレート等を含むものとする。
【００４９】
垂直配向性を高める点から、液晶の誘電率異方性Δεは小さいほうがよく、誘電率異方性Δεが−３程度であれば、白線や黒点は肉眼では殆ど観察することができなくなる。また、誘電率異方性Δεが−５よりも小さい（Δε＜−５）と、白線や黒点を実質的に消失させることができる。
【００５０】
但し、本願出願人の実験から、誘電率異方性が負の液晶のうちでも、フルオロ基を有するフッ素系の液晶組成物を含むものが良好な垂直配向性を示すことが確認されている。また、シアノ基を有する液晶では、誘電率異方性が負であっても相対的に垂直配向性が乏しく、垂直配向性を示さないものもあることが確認されている。更に、誘電率異方性が負の液晶のうちでも、不飽和結合を有する液晶組成物を含まないほうが垂直配向性が優れていることが確認されている。更にまた、応答速度を向上させるために有効な、トラン系やアルケニル基を有する液晶では、それらを含まない液晶に比べて、同じ誘電率異方性であっても垂直配向性が劣り、極端な場合には垂直配向性を示さないことが確認されている。
【００５１】
ＴＦＴ基板１０と対向基板２０との間に封入された液晶中のアクリレートモノマーは、基板１０，２０の表面に付着して成長する。この状態で紫外線を照射すると、アクリレートモノマーは重合して基板１０，２０の表面に化学結合し、安定な配向規制層１９，２５が形成される。この配向規制層１９，２５は、誘電率異方性が負の液晶分子を基板面に対し垂直に配向させる規制力を有する。このようにして、本実施の形態の液晶表示パネルが完成する。
【００５２】
以下、液晶の誘電率異方性と液晶分子の垂直配向性との関係を調べた結果について説明する。
【００５３】
誘電率異方性が異なる複数種の液晶を用意した。そして、これらの液晶に、それぞれアクリレートモノマーと光重合開始剤とを混合した。
【００５４】
透明電極を有する一対の基板（ガラス基板）の間に、上述した実施の形態と同様の方法によりアクリレートモノマー及び光重合開始剤を添加した液晶を封入し、液晶層側の基板面上に配向規制層を形成した。
【００５５】
各液晶の物性値を図５に示す。また、垂直配向性を調べた結果も、図５に併せて示す。但し、図５において、Ｎ−Ｉはネマチック相とアイソトロピック相との相転移温度、Ｓ−Ｎはスメチック相とネマチック相との相転移温度を示す。また、Ｋ１１は広がりを表わす弾性定数、Ｋ３３は曲げを表わす弾性定数、Δｎは屈折率異方性、Δεは誘電率異方性、γ１ は粘度（回転）を示す。また、図５において、◎は垂直配向性が優であることを示し、○は垂直配向性が良であることを示し、△は垂直配向性が可であることを示し、×は垂直配向性が不可であることを示す。
【００５６】
この図５からわかるように、誘電率異方性Δεがニュートラル又は正の液晶では、垂直配向性が実現されず、基板面に対し液晶分子を垂直に配向させることができなかった。一方、誘電率異方性Δεが−３よりも小さい場合は白線及び黒点が著しく減少し、誘電率異方性Δεが−５よりも小さい場合は白線及び黒点が殆ど消失した。この場合は、特に紫外線を照射しなくでも、垂直配向型液晶表示パネルを作製することができる。
【００５７】
なお、上述の実施の形態では本発明を透過型液晶表示パネルに適用した場合について説明したが、これにより本発明の適用範囲が透過型液晶表示パネルに限定されるものではなく、本発明は反射型液晶表示パネルに適用することもできる。
【００５８】
反射型液晶表示パネルでは、反射電極の表面に凹凸を設けて光を乱反射させることにより、良好な表示特性を得ることができる。また、誘電率異方性Δεが−７程度の液晶を使用すると良好な垂直配向性を示し、優れた光学特性を示す反射型液晶表示パネルを製造することができる。この場合も、配向膜を形成する工程が不要になる。
【００５９】
（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、スペーサの位置を適正化することによって白線による表示品質の低下を防止するものである。
【００６０】
下記表１に、ビーズ状スペーサの直径及び散布密度と、０Ｖ及び５Ｖのときのコントラスト比との関係を示す。また、図６は、横軸にスペーサ密度をとり、縦軸にコントラスト比をとって、ビーズ状スペーサの直径及び散布密度と、０Ｖ及び５Ｖのときのコントラスト比との関係を示す図である。
【００６１】
【表１】

Figure 2004177775
【００６２】
これらの表１及び図６から、スペーサの密度が低いほど良好なコントラスト比を得ることができることがわかる。これは、画素領域内にスペーサが存在する割合が少ないことによる。
【００６３】
そこで、本実施の形態では、ビーズ状のスペーサに替わりに、フォトレジストにより形成した柱状スペーサを使用し、スペーサの密度を低減するとともに、画素領域内にスペーサが存在しないようにする。スペーサの密度を低くすることにより、黒点の発生数が低減され、その結果白線の発生も抑制される。また、白線が主に画素間の表示に関係しない領域に発生するようになるので、表示品質の低下が回避される。
【００６４】
図７は、本実施の形態の液晶表示パネルにおける柱状スペーサ４１の位置を示す模式平面図である。なお、本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は柱状スペーサにより一対の基板間の間隔を維持することにあり、その他の構成は基本的に第１の実施の形態と同様である。
【００６５】
本実施の形態においては、ＴＦＴ基板及び対向基板のいずれか一方（又は、両方）に、フォトレジストにより柱状スペーサ４１を形成する。この場合に、柱状スペーサ４１は、図７に示すように、６個のピクセル毎に１個の割合で形成する。なお、１個のピクセル４０は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３個の画素（サブピクセル）により構成される。ここでは、対向基板側に柱状スペーサ４１を形成する場合について説明する。
【００６６】
第１の実施の形態と同様にして、コモン電極を有する対向基板を形成した後、対向基板の上側全面にフォトレジスト膜を形成し、所定の露光マスクを介してフォトレジスト膜を露光した後、現像処理して、柱状スペーサ４１を形成する。柱状スペーサ４１の高さは、例えば４μｍとする。また、上述したように、６個のピクセルに対し１個の割合で柱状スペーサ４１を画素間の領域に形成する。例えば、図８に示すように、ゲートバスライン１２とデータバスライン１４とが交差する部分に柱状スペーサ４１を形成すればよい。また、柱状スペーサ４１の表面に、水平配向性又は垂直配向性を付与する層を形成してもよい。
【００６７】
次に、柱状スペーサ４１を挟んでＴＦＴ基板と対向基板とを対向させて配置し、シール剤でＴＦＴ基板と対向基板とを接合して、両者の間に誘電率異方性が負の液晶を封入する。液晶には、第１の実施の形態と同様に、予め配向制御剤と光重合開始剤とを混合しておく。
【００６８】
その後、紫外線を照射してＴＦＴ基板の画素電極上、及び対向基板のコモン電極上に配向規制層を形成する。このようにして、本実施の形態の液晶表示パネルが完成する。
【００６９】
本実施の形態では、フォトレジスト膜により所定の位置に形成した柱状スペーサによりＴＦＴ基板と対向基板との間隔（セルギャップ）を一定に維持する。この場合に、配向制御剤がスペーサを核として析出し黒点が発生しても、画素間の表示に関係しない領域であるので、表示特性に与える影響が少ない。また、白線は黒点間を接続するように発生するので、画素領域内には白線が殆ど発生しない。これにより、配向膜を形成する工程が不要であり、表示品質が良好な液晶表示装置を得ることができる。
【００７０】
（付記１）一対の基板間に配向制御剤を添加した液晶を封入し、前記一対の基板の液晶側の面にそれぞれ配向規制層を形成した液晶表示パネルであって、前記液晶が、常温においてネマチック相を示し、誘電率異方性が負であることを特徴とする液晶表示パネル。
【００７１】
（付記２）前記液晶の誘電率異方性Δεが、Δε＜−３であることを特徴とする付記１に記載の液晶表示パネル。
【００７２】
（付記３）前記配向制御剤として、アクリレートモノマーを使用することを特徴とする付記１に記載の液晶表示パネル。
【００７３】
（付記４）常温においてネマチック相を示し、誘電率異方性が負である液晶を用意する工程と、前記液晶中に配向制御剤を添加する工程と、少なくとも一方が透明である一対の基板間に前記配向制御剤を添加した液晶を封入する工程と、前記配向制御剤を前記一対の基板の液晶側の面にそれぞれ付着させて配向規制層を形成する工程とを有することを特徴とする液晶表示パネルの製造方法。
【００７４】
（付記５）前記配向制御剤として、アクリレートモノマーを使用することを特徴とする付記４に記載の液晶表示パネルの製造方法。
【００７５】
（付記６）前記配向規制層は、前記基板に付着した前記配向規制剤を光反応させて形成することを特徴とする付記４に記載の液晶表示パネルの製造方法。
【００７６】
（付記７）一対の基板間に配向制御剤を添加した液晶を封入し、前記一対の基板の液晶側の面にそれぞれ配向規制層を形成した液晶表示パネルであって、画素間の領域に、前記一対の基板の間隔を一定に維持する柱状スペーサが配置されていることを特徴とする液晶表示パネル。
【００７７】
（付記８）前記柱状スペーサが、フォトレジストを露光及び現像処理して形成されたものであることを特徴とする付記７に記載の液晶表示パネル。
【００７８】
（付記９）前記液晶が、常温においてネマチック相を示し、誘電率異方性が負であることを特徴とする付記７に記載の液晶表示パネル。
【００７９】
（付記１０）前記柱状スペーサが、複数のピクセルに対し１個の割合で配置されていることを特徴とする付記７に記載の液晶表示パネル。
【００８０】
（付記１１）フォトレジストを使用し、露光及び現像処理を施して、一対の基板の少なくとも一方の画素間の領域に柱状のスペーサを形成する工程と、配向制御剤が添加された液晶を用意する工程と、前記柱状スペーサを挟んで前記一対の基板を配置し、前記一対の基板間に前記配向制御剤が添加された液晶を封入する工程と、前記配向制御剤を前記一対の基板の液晶側の面にそれぞれ付着させて配向規制層を形成する工程とを有することを特徴とする液晶表示パネルの製造方法。
【００８１】
（付記１２）前記配向制御剤として、アクリレートモノマーを使用することを特徴とする付記１１に記載の液晶表示パネルの製造方法。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明によれば、配向制御剤を、常温においてネマチック相を示し誘電率異方性が負である液晶に添加しているので、配向膜を形成する工程が不要であり、表示品質が良好な液晶表示パネルを製造することができる。
【００８３】
また、本願他の発明によれば、一対の基板のうちの少なくとも一方に、例えばフォトレジストを使用して画素間の領域に柱状スペーサを形成し、一対の基板間に封入する液晶に配向制御剤を添加しているので、表示領域内に白線や黒点が発生することが回避される。これにより、表示品質が良好な液晶表示パネルを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は黒点の発生を示す模式図である。
【図２】図２は白線の発生を示す模式図である。
【図３】図３は第１の実施の形態の液晶表示パネルの１画素を示す平面図である。
【図４】図４は図３のＩ−Ｉ線による断面図である。
【図５】液晶の物性値とそれらの液晶の垂直配向性を調べた結果を示す図である。
【図６】図６は、ビーズ状スペーサの直径及び散布密度と、０Ｖ及び５Ｖのときのコントラスト比との関係を示す図である。
【図７】図７は、第２の実施の形態の液晶表示パネルにおける柱状スペーサの位置を示す模式平面図である。
【図８】図８は、ゲートバスラインとデータバスラインとの交差部に配置された柱状スペーサを示す図である。
【符号の説明】
１，４１…スペーサ、
２…黒点、
３…白線、
１０…ＴＦＴ基板、
１１，２１…ガラス基板、
１２…ゲートバスライン、
１３…ゲート絶縁膜、
１４…データバスライン、
１５…ＴＦＴ、
１７，２３…絶縁膜、
１８…画素電極、
１９，２５…配向規制層、
２０…対向基板、
２２…ブラックマトリクス、
２４…対向電極。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a vertical alignment type liquid crystal display device in which a liquid crystal in which an alignment control agent is mixed is sealed between a pair of substrates, and then the alignment control agent is attached to the surface of the substrate to form an alignment control layer, and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Liquid crystal display panels have the advantages of being thin and lightweight, being driven at a low voltage, and having low power consumption, and are widely used in various electronic devices.
[0003]
A general liquid crystal display panel used for a television or a personal computer has a structure in which liquid crystal is sealed between two transparent substrates arranged to face each other. On one substrate, a pixel electrode and a thin film transistor (TFT) are formed for each pixel, and on the other substrate, a color filter facing the pixel electrode and a common electrode common to each pixel are formed. Further, a polarizing plate is attached to a surface of each transparent substrate opposite to the facing surface.
[0004]
In the liquid crystal display device configured as described above, when a voltage is applied between the pixel electrode and the common electrode, the direction of liquid crystal molecules between the pixel electrode and the common electrode changes, and as a result, the light transmittance changes. I do. By controlling the light transmittance for each pixel, a desired image can be displayed on the liquid crystal display panel. Hereinafter, the substrate on which the pixel electrodes and the TFTs are formed is referred to as a TFT substrate, and the substrate disposed to face the TFT substrate is referred to as a counter substrate.
[0005]
The distance (cell gap) between the TFT substrate and the counter substrate is usually kept constant by a spherical bead spacer made of resin or ceramic. The bead-shaped spacer is scattered on one of the TFT substrate and the opposing substrate when the TFT substrate and the opposing substrate are joined with a sealant.
[0006]
However, in the method of dispersing bead spacers on a substrate, the spacers are not always uniformly distributed over the entire substrate. If the spacers are not uniformly distributed over the entire substrate, in-plane variations of the cell gap occur, which causes a reduction in display quality. In addition, since liquid crystal molecules have a property of being aligned along the surface of the spacer, if a bead-shaped spacer is present in the pixel region, an alignment abnormality occurs and display quality is deteriorated.
[0007]
Therefore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-73093 (Patent Document 1) discloses that a columnar spacer is formed between pixels (for example, a portion where a data bus line and a gate bus line intersect) using a photoresist. It has been proposed. Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-160716 (Patent Document 2) proposes performing an alignment treatment on the surface of a bead-shaped spacer.
[0008]
By the way, usually, an alignment film subjected to alignment processing is formed on the surface of the TFT substrate and the surface of the counter substrate, and the alignment film determines the alignment direction of the liquid crystal molecules when no electric field is applied. . As the orientation treatment, a rubbing treatment in which the surface of the orientation film is rubbed in one direction by a roller wrapped with a nylon cloth or the like is generally used.
[0009]
As a method of manufacturing a liquid crystal display panel that does not require a rubbing treatment, a polymer slabilize alignment method is known. In this method, a liquid crystal in which a monomer is mixed is sealed between a pair of substrates. Then, a voltage is applied between the electrodes to irradiate ultraviolet rays in a state where the liquid crystal molecules are aligned, and the monomer is polymerized to form a polymer network in the liquid crystal. The direction of the initial alignment of the liquid crystal molecules is determined by the polymer network.
[0010]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-321562 (Patent Document 3) discloses that a silane coupling agent, a photopolymerizable monomer, and a photopolymerization initiator are mixed into a negative dielectric anisotropic liquid crystal, and the liquid crystal is heated to a predetermined temperature. It is described that a raw material molecule is oriented in a certain direction by injecting it between a pair of substrates from a certain direction and then irradiated with ultraviolet rays to polymerize the photopolymerizable monomer to form a polymer network. I have.
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-9-73093
[Patent Document 2]
JP-A-11-160716
[Patent Document 3]
JP 2000-321562 A
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, conventionally, the alignment film is formed on the surface of the TFT substrate and the counter substrate. In the polymer stabilization alignment method and the method described in JP-A-2000-321562, an alignment treatment is not required, but an alignment film is required.
[0013]
On the other hand, the present applicant has proposed a method of manufacturing a liquid crystal display panel having no alignment film forming step (Japanese Patent Application No. 2002-160062 or the like). In this method, a layer having an alignment controlling force (alignment controlling layer) is formed on the surface of the substrate instead of forming a polymer network in the liquid crystal. For example, when a liquid crystal in which a bifunctional acrylate monomer and a photopolymerization initiator are mixed is sealed between a pair of substrates, the acrylate monomer adheres to the surface of the substrate (the surface of the ITO film or the insulating film) and grows. After that, when irradiated with ultraviolet rays, the monomer is polymerized and chemically bonded to the substrate surface, thereby forming a stable alignment regulating layer. This alignment control layer has a control force for aligning the liquid crystal molecules in the growth direction of the monomer, that is, in the direction perpendicular to the substrate surface.
[0014]
However, when polarizing plates are arranged above and below the liquid crystal display panel manufactured by the above-described method in a crossed Nicols state and observed, a broken line that shines white may be observed, whereas the entire panel should originally be blackened. Hereinafter, such a polygonal line that shines white will be referred to as a “white line”. The length and thickness of the white line are not constant, and the display quality is significantly reduced due to the generation of the white line.
[0015]
As described above, an object of the present invention is to provide a liquid crystal display panel which does not need to form an alignment film, suppresses generation of white lines, and has excellent display quality, and a method for manufacturing the same.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The above-mentioned problem is a liquid crystal display panel in which a liquid crystal to which an alignment control agent is added is sealed between a pair of substrates, and an alignment control layer is formed on each of the liquid crystal side surfaces of the pair of substrates. , A liquid crystal display panel characterized by exhibiting a nematic phase and having a negative dielectric anisotropy.
[0017]
The above-mentioned problems include a step of preparing a liquid crystal exhibiting a nematic phase at room temperature and having a negative dielectric anisotropy, a step of adding an alignment controlling agent in the liquid crystal, and a pair of substrates at least one of which is transparent. A step of sealing the liquid crystal to which the alignment control agent is added, and a step of forming the alignment control layer by attaching the alignment control agent to the liquid crystal side surfaces of the pair of substrates. The problem is solved by a method for manufacturing a liquid crystal display panel.
[0018]
The above-mentioned problem is a liquid crystal display panel in which a liquid crystal to which an alignment control agent is added is sealed between a pair of substrates, and an alignment control layer is formed on each of the liquid crystal side surfaces of the pair of substrates, and a region between pixels is provided. According to another aspect of the present invention, there is provided a liquid crystal display panel having a columnar spacer for maintaining a constant distance between the pair of substrates.
[0019]
The above-described problems include a step of using a photoresist, performing exposure and development processing to form a columnar spacer in a region between at least one pixel of a pair of substrates, and preparing a liquid crystal to which an alignment control agent is added. A step of disposing the pair of substrates with the columnar spacer interposed therebetween, and enclosing a liquid crystal to which the alignment control agent is added between the pair of substrates; and Forming an alignment control layer by adhering the alignment control layer to the respective side surfaces.
[0020]
The inventors of the present application have conducted various experimental studies in order to prevent defects due to white lines in a liquid crystal display device having an alignment control layer formed with an alignment control agent added to liquid crystal. As a result, it has been found that, for example, when a liquid crystal having a dielectric anisotropy Δ 程度 of about −3 is used, the occurrence of white lines is significantly reduced. In addition, it was found that the white line often occurred starting from the spacer, and it was found that by appropriately controlling the position of the spacer, a decrease in display quality due to the white line could be avoided.
[0021]
Therefore, in the present invention, as described above, a liquid crystal that exhibits a nematic phase at room temperature and has a negative dielectric anisotropy is used as the liquid crystal. In another invention of the present application, a columnar spacer is formed in a region not related to display between pixels using, for example, a photoresist. As a result, it is possible to avoid a decrease in display quality due to the white line.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
[0023]
As a result of observing the liquid crystal display panel in which the white line has been generated in detail, the inventors of the present application have found that a black circular point exists in a portion where the white line is bent. Hereinafter, this black point is referred to as a “black point”. The size and shape of the black point are not constant. The black dot is accompanied by a line whose periphery shines white. And the white line exists so as to connect the black point to the black point. In addition, a black spot which was present alone without a white line was observed.
[0024]
The above-mentioned white line and black point are observed in a liquid crystal display panel sandwiched between a pair of polarizing plates arranged in crossed Nicols, but a defect portion can be observed even by microscopic observation without polarization. In this case, the white line is observed as a line different from the normal part, and the black point is observed as a circular point. Note that the black spot can be more easily observed when observed without a polarizing plate.
[0025]
When a voltage higher than the threshold voltage is applied to the liquid crystal display panel, the liquid crystal molecules around the white line and the black point are also oriented in a direction perpendicular to the electric field, and the white line disappears. However, when the voltage applied between the electrodes is turned off, the white line sometimes remains disappearing, but the white line may return to the original state or a white line connected to a different black point may occur. On the other hand, the shape of the black spot does not change regardless of the application of the voltage. From these facts, it is considered that the black spot is the one in which the orientation control agent mixed with the liquid crystal was locally solidified and precipitated (hereinafter referred to as “abnormal precipitate”), and the white line is the orientation of the liquid crystal molecules with respect to the abnormal precipitate It is considered that this occurs because
[0026]
Therefore, regardless of the presence or absence of abnormal precipitates, if the liquid crystal molecules can be oriented in the direction perpendicular to the substrate surface when the voltage is off, the generation of white lines is prevented and the display quality is improved.
[0027]
Further, as a result of observing the liquid crystal display panel in which white lines and black spots were generated, there were often spacers at the black spots to keep the distance between the substrates constant, that is, as shown in FIG. It is considered that the black spot 2 is generated mainly due to the deposition of the alignment controlling agent with the spacer 1 as a nucleus. Further, as shown in FIG. 2, the white line 3 is generated so as to connect the black spots 2 thus generated. Therefore, if the spacer is formed in a region between pixels not related to display quality, black dots and white lines are mainly generated in a region between pixels, and a decrease in display quality is avoided.
[0028]
(First Embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Note that, in this embodiment mode, regardless of the presence or absence of a black point, when a voltage applied between a pair of electrodes is off, liquid crystal molecules are aligned perpendicular to a substrate surface to prevent generation of a white line. It is.
[0029]
(Liquid crystal display panel)
FIG. 3 is a plan view showing one pixel of the liquid crystal display panel according to the first embodiment, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line II of FIG. This embodiment describes an example in which the present invention is applied to a transmission type liquid crystal display panel.
[0030]
As shown in FIG. 4, the liquid crystal display panel according to the present embodiment includes a TFT substrate 10 and a counter substrate 20 which are arranged to face each other, and a dielectric sealed between the TFT substrate 10 and the counter substrate 20. It is composed of a nematic liquid crystal 30 having a negative rate anisotropy. Note that a polarizing plate is disposed below the TFT substrate 10 and above the opposing substrate 20, respectively. A light source (backlight) is disposed below the TFT substrate 10.
[0031]
As shown in FIGS. 3 and 4, the TFT substrate 10 includes a glass substrate 11, a gate bus line 12, a data bus line 14, a TFT 15, a pixel electrode 18, and the like formed on the glass substrate 11. The gate bus lines 12 extend in the horizontal direction, and the data bus lines 14 extend in the vertical direction. A gate insulating film 13 is formed between the gate bus line 12 and the data bus line 14, and the gate bus line 12 and the data bus line 14 are electrically separated by the gate insulating film 13. The area defined by the gate bus line 12 and the data bus line 14 is a pixel (sub-pixel) area. An insulating film 17 is formed on the data bus line 14 and the TFT 15, and a pixel electrode 18 is formed on the insulating film 17. The pixel electrode 18 and the TFT 15 are formed one by one in each pixel region.
[0032]
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, a part of the gate bus line 12 serves as a gate electrode of the TFT 15, and a source electrode 15s and a drain electrode of the TFT 15 are provided on both sides of the channel protective film 16 in the width direction. 15d are arranged. The source electrode 15s is electrically connected to the pixel electrode 18 via a contact hole 17a formed in the insulating film 17, and the drain electrode 15d is electrically connected to the data bus line 14. An alignment control layer 19 is formed on the pixel electrode 18.
[0033]
On the other hand, the opposing substrate 20 includes a glass substrate 21, a black matrix 22, an insulating film 23, and a common electrode 24 formed on one surface side (the lower side in FIG. 4) of the glass substrate 21. The black matrix 22 is formed so as to cover a region between pixels and a TFT formation region. The insulating film 23 is formed below the glass substrate 21 so as to cover the black matrix 22. A common electrode 24 is formed below the insulating film 23, and an alignment control layer 25 is formed below the common electrode 24.
[0034]
Further, a spacer (not shown) for maintaining a constant distance between the TFT substrate 10 and the counter substrate 20 is disposed between the TFT substrate 10 and the counter substrate 20.
[0035]
The TFT substrate 10 and the counter substrate 20 are arranged so that the surfaces on which the pixel electrodes 18 and the common electrode 24 are formed face each other, and are joined by a sealant (not shown) applied outside the display area. ing.
[0036]
In the liquid crystal display panel configured as described above, when an image is displayed, a scanning signal is sequentially supplied to a gate bus line 12 arranged in a vertical direction from a drive circuit (not shown), and a data bus line 14 is supplied to the data bus line 14. Supply display signal. The TFT 15 connected to the gate bus line 12 to which the scanning signal has been supplied is turned on, and a display signal is written to the pixel electrode 18 via the TFT 15. As a result, an electric field corresponding to the display signal is generated between the pixel electrode 18 and the common electrode 24 to change the direction of the liquid crystal molecules, and as a result, the amount of light transmitted through the pixel changes. By controlling the amount of transmitted light for each pixel, a desired image can be displayed on the liquid crystal display panel.
[0037]
A plurality of domain regulating protrusions (banks) are formed on the electrodes 18 and 24, and a plurality of domain regulating slits are formed on the electrodes 18 and 24 to form a plurality of liquid crystal molecules having different orientation directions within one pixel. An MVA (Multi-domain Vertical Alignment) type liquid crystal display device having a region may be used. Thereby, the viewing angle characteristics can be significantly improved.
[0038]
(Method of manufacturing liquid crystal display panel)
Hereinafter, a method for manufacturing a liquid crystal display panel according to an embodiment of the present invention will be described.
[0039]
First, a TFT substrate 10 and a counter substrate 20 as shown in FIGS. However, since the alignment control layers 19 and 25 are formed after the liquid crystal is sealed, the alignment control layers 19 and 25 may be formed up to the pixel electrode 18 in the case of the TFT substrate 10 and may be formed up to the common electrode 24 in the case of the counter substrate 20.
[0040]
A method for manufacturing the TFT substrate 10 will be briefly described. First, a first metal film is formed on a glass substrate 11 by a PVD (Physical Vapor Deposition) method, and the first metal film is patterned by a photolithography method to form a gate bus line 12. Next, a gate insulating film 13 is formed on the entire upper surface of the glass substrate 11, and a first silicon film serving as an operation layer of the TFT 15 and a SiN film serving as a channel protection film 16 are formed thereon. After that, the SiN film is patterned by photolithography to form a channel protection film 16 in a predetermined region above the gate bus line 12.
[0041]
Next, a second silicon film in which an impurity to be an ohmic contact layer is introduced at a high concentration is formed on the entire upper surface of the glass substrate 11, and then a second metal film is formed on the second silicon film. I do. Then, the second metal film, the second silicon film, and the first silicon film are patterned by a photolithography method to determine the shape of the silicon film serving as the operation layer of the TFT 15, and to form the data bus line 14, the source electrode 15s and the drain electrode 15d are formed.
[0042]
Next, an insulating film 17 is formed on the entire upper surface of the glass substrate 11, and a contact hole 17a is formed at a predetermined position of the insulating film 17. Thereafter, a film made of a transparent conductor such as ITO (Indium-Tin Oxide) is formed on the entire upper surface of the glass substrate 11. The pixel electrode 18 electrically connected to the source electrode 15 s of the TFT 15 via the contact hole 17 a is formed by patterning the transparent conductor film. Thus, the TFT substrate 10 is completed.
[0043]
Hereinafter, a method of manufacturing the counter substrate 20 will be briefly described. First, a metal film such as Cr is formed on a glass substrate 21, and the metal film is patterned to form a black matrix 22. After that, the insulating film 23 is formed on the glass substrate 21. In the case of manufacturing a color liquid crystal display panel, the insulating film 23 is formed of red (R), green (G), and blue (B) resins, and one of red, green, and blue is formed for each pixel. The color insulating film 23 is disposed.
[0044]
Next, a common electrode 24 is formed on the insulating film 23 using a transparent conductor such as ITO. Thus, the counter substrate 20 is completed.
[0045]
Next, the liquid crystal 30 is sealed between the TFT substrate 10 and the counter substrate 20 by a vacuum injection method or a drop injection method. When the liquid crystal 30 is sealed between the substrates 10 and 20 by a vacuum injection method, a sealant is applied to one (or both) of the TFT substrate 10 and the counter substrate 20 so as to surround the display region. However, a sealant is not applied to a portion serving as a liquid crystal injection port. Thereafter, a bead-like spacer is sprinkled on one of the TFT substrate 10 and the counter substrate 20, the TFT substrate 10 and the counter substrate 20 are aligned and overlapped, and heat treatment is performed while applying pressure to form a sealant. To cure. Hereinafter, a structure formed by joining the TFT substrate 10 and the counter substrate 20 (a panel before liquid crystal is filled) is referred to as an empty panel.
[0046]
Next, the container containing the liquid crystal and the empty panel are placed in a vacuum chamber (not shown), and the inside of the vacuum chamber is evacuated to a vacuum state. Thereafter, the liquid crystal injection port of the empty panel is put into the liquid crystal, and the inside of the vacuum chamber is returned to the atmospheric pressure. Then, the liquid crystal enters the empty panel due to the difference between the pressure in the internal space of the empty panel and the atmospheric pressure, and the liquid crystal fills the internal space of the panel. Thereafter, excess liquid crystal is extruded by sandwiching the panel filled with liquid crystal between the two flat plates, and the liquid crystal injection port is sealed with a sealing resin.
[0047]
As the liquid crystal 30, a liquid crystal having negative dielectric anisotropy and exhibiting a nematic phase at room temperature is used. Then, an alignment controlling agent and a photopolymerizing agent are mixed into the liquid crystal. In this example, a mixture of a monofunctional acrylate monomer and a bifunctional acrylate monomer (mixing ratio 15: 1) is used as an alignment control agent. In this case, the addition amount of the acrylate monomer is, for example, 2 wt% with respect to the liquid crystal, and the addition amount of the photopolymerization initiator is about 2 wt% with respect to the acrylate monomer mixture.
[0048]
The alignment control agent is not limited to the above acrylate monomer mixture, but when added to the liquid crystal and sealed between a pair of substrates, it is physically adsorbed to the pixel electrode and the common electrode, and is attached to the liquid crystal molecules. On the other hand, it is necessary to show vertical orientation. In the present embodiment, acrylate monomers include lauryl acrylate and the like.
[0049]
From the viewpoint of enhancing the vertical alignment, the smaller the dielectric anisotropy Δε of the liquid crystal, the better. If the dielectric anisotropy Δε is about −3, white lines and black spots can hardly be observed with the naked eye. When the dielectric anisotropy Δε is smaller than −5 (Δε <−5), white lines and black spots can be substantially eliminated.
[0050]
However, experiments conducted by the applicant of the present application have confirmed that, among liquid crystals having a negative dielectric anisotropy, those containing a fluorine-based liquid crystal composition having a fluoro group show good vertical alignment properties. Further, it has been confirmed that some liquid crystals having a cyano group have relatively poor vertical alignment even when the dielectric anisotropy is negative, and do not show vertical alignment. Furthermore, among liquid crystals having negative dielectric anisotropy, it has been confirmed that the liquid crystal composition having no unsaturated bond does not have a good vertical alignment property. Furthermore, liquid crystals having a trans or alkenyl group, which is effective for improving the response speed, are inferior in vertical alignment even with the same dielectric constant anisotropy as compared with liquid crystals not containing them, and are extremely extreme. It has been confirmed that in such a case, no vertical orientation is exhibited.
[0051]
The acrylate monomer in the liquid crystal sealed between the TFT substrate 10 and the opposing substrate 20 adheres to the surfaces of the substrates 10 and 20 and grows. When ultraviolet light is irradiated in this state, the acrylate monomer is polymerized and chemically bonded to the surfaces of the substrates 10 and 20, and stable alignment control layers 19 and 25 are formed. The alignment control layers 19 and 25 have a control force for aligning liquid crystal molecules having negative dielectric anisotropy perpendicular to the substrate surface. Thus, the liquid crystal display panel of the present embodiment is completed.
[0052]
Hereinafter, the result of examining the relationship between the dielectric anisotropy of liquid crystal and the vertical alignment of liquid crystal molecules will be described.
[0053]
A plurality of liquid crystals having different dielectric anisotropies were prepared. Then, each of these liquid crystals was mixed with an acrylate monomer and a photopolymerization initiator.
[0054]
Liquid crystal to which an acrylate monomer and a photopolymerization initiator are added is sealed between a pair of substrates (glass substrates) having a transparent electrode by the same method as in the above-described embodiment, and alignment is regulated on the liquid crystal layer side substrate surface. A layer was formed.
[0055]
FIG. 5 shows the physical property values of each liquid crystal. FIG. 5 also shows the result of examining the vertical alignment. However, in FIG. 5, NI indicates a phase transition temperature between a nematic phase and an isotropic phase, and SN indicates a phase transition temperature between a smectic phase and a nematic phase. Further, K11 is an elastic constant representing the spread, K33 is an elastic constant representing the bending, Δn is the refractive index anisotropy, Δε is the dielectric anisotropy, and γ1 is the viscosity (rotation). In FIG. 5, ◎ indicates that the vertical alignment was excellent, ○ indicates that the vertical alignment was good, Δ indicates that the vertical alignment was possible, and X indicates the vertical alignment. Indicates that is not possible.
[0056]
As can be seen from FIG. 5, the liquid crystal having the neutral or positive dielectric anisotropy Δε did not achieve the vertical alignment, and the liquid crystal molecules could not be aligned perpendicular to the substrate surface. On the other hand, when the dielectric anisotropy Δε was smaller than −3, the white line and the black point were significantly reduced, and when the dielectric anisotropy Δε was smaller than −5, the white line and the black point almost disappeared. In this case, a vertical alignment type liquid crystal display panel can be manufactured without particularly irradiating ultraviolet rays.
[0057]
In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the transmissive liquid crystal display panel has been described. However, the application range of the present invention is not limited to the transmissive liquid crystal display panel. It can also be applied to a liquid crystal display panel.
[0058]
In the reflective liquid crystal display panel, good display characteristics can be obtained by providing irregularities on the surface of the reflective electrode and irregularly reflecting light. When a liquid crystal having a dielectric anisotropy Δε of about −7 is used, a reflection type liquid crystal display panel exhibiting good vertical alignment and exhibiting excellent optical characteristics can be manufactured. Also in this case, the step of forming the alignment film becomes unnecessary.
[0059]
(Second embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the display quality is prevented from deteriorating due to the white line by optimizing the position of the spacer.
[0060]
Table 1 below shows the relationship between the diameter and the scatter density of the bead spacer and the contrast ratio at 0 V and 5 V. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the diameter and the scatter density of the bead spacer and the contrast ratio at 0 V and 5 V, with the horizontal axis representing the spacer density and the vertical axis representing the contrast ratio.
[0061]
[Table 1]
Figure 2004177775
[0062]
From these Table 1 and FIG. 6, it can be seen that the lower the spacer density, the better the contrast ratio can be obtained. This is due to the fact that the proportion of the spacers in the pixel area is small.
[0063]
Therefore, in the present embodiment, a columnar spacer formed of a photoresist is used instead of the bead-shaped spacer to reduce the density of the spacer and prevent the spacer from being present in the pixel region. By reducing the density of the spacers, the number of black spots is reduced, and as a result, the generation of white lines is also suppressed. Further, since a white line mainly occurs in a region not related to display between pixels, a decrease in display quality is avoided.
[0064]
FIG. 7 is a schematic plan view showing positions of columnar spacers 41 in the liquid crystal display panel of the present embodiment. Note that this embodiment is different from the first embodiment in that the space between a pair of substrates is maintained by a columnar spacer, and the other configuration is basically the same as that of the first embodiment. .
[0065]
In the present embodiment, the columnar spacer 41 is formed of a photoresist on one (or both) of the TFT substrate and the counter substrate. In this case, as shown in FIG. 7, one columnar spacer 41 is formed at a rate of one for every six pixels. One pixel 40 includes three pixels (sub-pixels) of red (R), green (G), and blue (B). Here, the case where the columnar spacer 41 is formed on the counter substrate side will be described.
[0066]
After forming a counter substrate having a common electrode in the same manner as in the first embodiment, a photoresist film is formed on the entire upper surface of the counter substrate, and after exposing the photoresist film via a predetermined exposure mask, By performing the developing process, the columnar spacer 41 is formed. The height of the columnar spacer 41 is, for example, 4 μm. Further, as described above, the columnar spacer 41 is formed in a region between pixels at a ratio of one to six pixels. For example, as shown in FIG. 8, a columnar spacer 41 may be formed at a portion where the gate bus line 12 and the data bus line 14 intersect. Further, a layer for imparting horizontal or vertical orientation may be formed on the surface of the columnar spacer 41.
[0067]
Next, the TFT substrate and the opposing substrate are arranged so as to oppose each other with the columnar spacer 41 interposed therebetween, and the TFT substrate and the opposing substrate are joined with a sealant. Encapsulate. As in the first embodiment, an alignment control agent and a photopolymerization initiator are mixed in the liquid crystal in advance.
[0068]
Thereafter, the alignment control layer is formed on the pixel electrode of the TFT substrate and on the common electrode of the counter substrate by irradiating ultraviolet rays. Thus, the liquid crystal display panel of the present embodiment is completed.
[0069]
In the present embodiment, the distance (cell gap) between the TFT substrate and the opposing substrate is kept constant by the columnar spacer formed at a predetermined position by the photoresist film. In this case, even if the alignment control agent is deposited using the spacer as a nucleus and a black spot is generated, the area is not related to the display between pixels, so that the influence on the display characteristics is small. Further, since the white line is generated so as to connect the black points, the white line hardly occurs in the pixel area. Accordingly, a step of forming an alignment film is not required, and a liquid crystal display device with good display quality can be obtained.
[0070]
(Supplementary Note 1) A liquid crystal display panel in which a liquid crystal to which an alignment control agent is added is sealed between a pair of substrates, and an alignment control layer is formed on each of the liquid crystal side surfaces of the pair of substrates. A liquid crystal display panel having a nematic phase and a negative dielectric anisotropy.
[0071]
(Supplementary note 2) The liquid crystal display panel according to supplementary note 1, wherein the dielectric constant anisotropy Δε of the liquid crystal is Δε <-3.
[0072]
(Supplementary note 3) The liquid crystal display panel according to supplementary note 1, wherein an acrylate monomer is used as the alignment control agent.
[0073]
(Supplementary Note 4) A step of preparing a liquid crystal exhibiting a nematic phase at room temperature and having a negative dielectric anisotropy, a step of adding an alignment controlling agent to the liquid crystal, Enclosing a liquid crystal to which the alignment control agent is added, and forming an alignment control layer by attaching the alignment control agent to the liquid crystal side surfaces of the pair of substrates, respectively. Display panel manufacturing method.
[0074]
(Supplementary note 5) The method for producing a liquid crystal display panel according to supplementary note 4, wherein an acrylate monomer is used as the alignment control agent.
[0075]
(Supplementary Note 6) The method for manufacturing a liquid crystal display panel according to Supplementary Note 4, wherein the alignment control layer is formed by performing a photoreaction with the alignment control agent attached to the substrate.
[0076]
(Supplementary Note 7) A liquid crystal display panel in which liquid crystal to which an alignment control agent is added is sealed between a pair of substrates, and an alignment control layer is formed on each of the liquid crystal side surfaces of the pair of substrates. A liquid crystal display panel comprising a columnar spacer for maintaining a constant distance between the pair of substrates.
[0077]
(Supplementary note 8) The liquid crystal display panel according to supplementary note 7, wherein the columnar spacer is formed by exposing and developing a photoresist.
[0078]
(Supplementary note 9) The liquid crystal display panel according to supplementary note 7, wherein the liquid crystal exhibits a nematic phase at room temperature and has a negative dielectric anisotropy.
[0079]
(Supplementary note 10) The liquid crystal display panel according to supplementary note 7, wherein the columnar spacer is arranged at a ratio of one to a plurality of pixels.
[0080]
(Supplementary Note 11) A step of performing exposure and development processing using a photoresist to form a columnar spacer in a region between at least one pixel of a pair of substrates, and preparing a liquid crystal to which an alignment control agent is added. A step of arranging the pair of substrates with the columnar spacer interposed therebetween and enclosing a liquid crystal to which the alignment control agent is added between the pair of substrates; and Forming an alignment control layer by adhering the alignment control layer to the surface of the liquid crystal display panel.
[0081]
(Supplementary note 12) The method for producing a liquid crystal display panel according to supplementary note 11, wherein an acrylate monomer is used as the alignment control agent.
[0082]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the alignment controlling agent is added to the liquid crystal exhibiting a nematic phase at room temperature and having a negative dielectric anisotropy, the step of forming an alignment film is unnecessary. In addition, a liquid crystal display panel having good display quality can be manufactured.
[0083]
According to another aspect of the present invention, a columnar spacer is formed in at least one of a pair of substrates in a region between pixels using, for example, a photoresist, and an alignment control agent is applied to liquid crystal sealed between the pair of substrates. , The generation of white lines and black spots in the display area is avoided. Thereby, a liquid crystal display panel having good display quality can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the occurrence of black spots.
FIG. 2 is a schematic diagram showing generation of a white line.
FIG. 3 is a plan view showing one pixel of the liquid crystal display panel according to the first embodiment.
FIG. 4 is a sectional view taken along line II of FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram showing the results of examining the physical property values of liquid crystals and the vertical alignment of those liquid crystals.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the diameter and the scatter density of the bead spacer and the contrast ratio at 0 V and 5 V.
FIG. 7 is a schematic plan view illustrating positions of column spacers in a liquid crystal display panel according to a second embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating a columnar spacer disposed at an intersection of a gate bus line and a data bus line.
[Explanation of symbols]
1, 41 ... spacer,
2 ... Spot,
3 ... white line,
10 ... TFT substrate,
11, 21 ... glass substrate,
12 ... Gate bus line,
13 ... gate insulating film,
14 ... data bus line,
15 ... TFT,
17, 23 ... insulating film,
18 ... pixel electrode,
19, 25: orientation control layer,
20: counter substrate,
22 Black matrix,
24 ... Counter electrode.

Claims (4)

一対の基板間に配向制御剤を添加した液晶を封入し、前記一対の基板の液晶側の面にそれぞれ配向規制層を形成した液晶表示パネルであって、
前記液晶が、常温においてネマチック相を示し、誘電率異方性が負であることを特徴とする液晶表示パネル。A liquid crystal display panel in which liquid crystal to which an alignment controlling agent is added is sealed between a pair of substrates, and an alignment control layer is formed on a liquid crystal side surface of the pair of substrates, respectively.
A liquid crystal display panel, wherein the liquid crystal exhibits a nematic phase at room temperature and has a negative dielectric anisotropy. 常温においてネマチック相を示し、誘電率異方性が負である液晶を用意する工程と、
前記液晶中に配向制御剤を添加する工程と、
少なくとも一方が透明である一対の基板間に前記配向制御剤を添加した液晶を封入する工程と、
前記配向制御剤を前記一対の基板の液晶側の面にそれぞれ付着させて配向規制層を形成する工程と
を有することを特徴とする液晶表示パネルの製造方法。A step of preparing a liquid crystal exhibiting a nematic phase at room temperature and having a negative dielectric anisotropy;
Adding an alignment control agent to the liquid crystal,
A step of enclosing a liquid crystal added with the alignment control agent between a pair of substrates at least one of which is transparent,
Adhering the alignment controlling agent to the liquid crystal side surfaces of the pair of substrates to form an alignment controlling layer, respectively. 一対の基板間に配向制御剤を添加した液晶を封入し、前記一対の基板の液晶側の面にそれぞれ配向規制層を形成した液晶表示パネルであって、
画素間の領域に、前記一対の基板の間隔を一定に維持する柱状スペーサが配置されていることを特徴とする液晶表示パネル。A liquid crystal display panel in which liquid crystal to which an alignment controlling agent is added is sealed between a pair of substrates, and an alignment control layer is formed on a liquid crystal side surface of the pair of substrates, respectively.
A liquid crystal display panel, wherein a columnar spacer for maintaining a constant distance between the pair of substrates is arranged in a region between pixels. フォトレジストを使用し、露光及び現像処理を施して、一対の基板の少なくとも一方の画素間の領域に柱状のスペーサを形成する工程と、
配向制御剤が添加された液晶を用意する工程と、
前記柱状スペーサを挟んで前記一対の基板を配置し、前記一対の基板間に前記配向制御剤が添加された液晶を封入する工程と、
前記配向制御剤を前記一対の基板の液晶側の面にそれぞれ付着させて配向規制層を形成する工程と
を有することを特徴とする液晶表示パネルの製造方法。Using a photoresist, performing exposure and development processing, a step of forming a columnar spacer in a region between at least one pixel of the pair of substrates,
Preparing a liquid crystal to which an alignment controlling agent is added,
Arranging the pair of substrates with the columnar spacer interposed therebetween, and enclosing the liquid crystal to which the alignment control agent is added between the pair of substrates;
Adhering the alignment controlling agent to the liquid crystal side surfaces of the pair of substrates to form an alignment controlling layer, respectively.
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